Efeitos quânticos permitem a próxima geração de software autodestrutivo

Um software que se destrói após apenas uma execução tem sido há muito tempo considerado um ideal inatingível para proteger informações privadas. Mas um time internacional de pesquisador envolvendo a UFABC e instituições da Áustria e Singapura, conseguiram realizar no laboratório esse importante conceito de segurança cibernética com a ajuda da tecnologia quântica. Para isso, sistemas físicos clássicos e quânticos foram combinados para formar um computador híbrido. O resultado foi publicado na revista "Nature Communications".

Programas de computador que só podem ser executados uma vez foram nada além de uma ilusão para especialistas em segurança por décadas. Os chamados programas "únicos" impediriam a transferência indesejada de dados e a manipulação e uso indevido do próprio software.

Tiago Batalhão (UFABC), durante um estágio de doutorado sanduíche no grupo do Prof. Philip Walther da Universidade de Viena, em parceria com cientistas da Universidade de Tecnologia e Design de Singapura e do Centro de Tecnologias Quantum; combinaram tecnologias quânticas com computadores convencionais para codificar um software clássico em um experimento inédito.

Essa nova codificação garante que o programa de computador se destrua após apenas uma execução. "Uma das características mais interessantes deste novo software híbrido é que podemos implementá-lo em grande parte com tecnologia que já é acessível comercialmente", diz Tiago Batalhão, que se doutorou no PPG-Física da UFABC. Atualmente Batalhão é pesquisador associado do grupo de informa quântica da UFABC e trabalha como cientista de dados no mercado privado.

Os programas de uso único foram realizados pela primeira vez através da codificação do software clássico em uma sequência de fótons individuais (partículas de luz ou quanta de luz) em um experimento de prova de princípios.

A nova abordagem híbrida, que combina elementos físicos clássicos e quânticos, prova que a integração de fenômenos quânticos pode expandir as capacidades de nossos computadores convencionais. Embora a construção de um computador quântico completo em larga escala ainda represente muitos desafios técnicos, a tecnologia quântica exigida para programas "únicos" já está disponível nos laboratórios atuais.

Um exemplo de aplicação da técnica é o problema milionário de Yao: um cenário em que dois milionários querem saber qual deles é mais rico, mas não querem divulgar a quantia exata de sua riqueza. Uma maneira possível de sair desse dilema é empregar um programa de uso único.

Isso permite que os dois milionários insiram seus respectivos ativos no programa e os usem para calcular quem é mais rico antes que o próprio programa seja destruído após sua execução. Este procedimento garante que nenhum deles tenha acesso aos dados originais ou ao procedimento de cálculo. Isso dá aos milionários uma resposta sem revelar seus detalhes financeiros. Esses e outros programas foram desenvolvidos em colaboração com físicos teóricos do grupo de Joseph Fitzsimons, da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura, e do Centro de Tecnologias Quantum. A implementação prática no experimento ocorreu em um laboratório da Universidade de Viena.

Até recentemente, acreditava-se que o uso tanto da física clássica quanto da física quântica impossibilitaria a implementação desses programas "únicos". "Há muito se sabe que a implementação ideal de programas de uso único não é fisicamente possível. No entanto, ao permitir que os programas nem sempre funcionem perfeitamente, a física quântica ainda nos permite implementar software autodestrutivo ", explica Philip Walther, líder do grupo de pesquisa em Viena.

"Felizmente, existem maneiras de criar um programa que compense amplamente esses erros, permitindo aplicações úteis, como o software que desenvolvemos, que pode delegar uma assinatura digital que pode ser usada apenas uma vez." Explicam os autores. Além dessas aplicações específicas desenvolvidas, programas únicos também são usados em muitos outros protocolos criptográficos.

A nova direção de pesquisa de computadores híbridos já levou a um primeiro registo de patente na União Europeia onde Tiago batalhão (pesquisador da UFABC) é coinventor. Os cientistas agora querem explorar abordagens mais interessantes para tornar o software clássico mais seguro, mesmo antes que um computador quântico completo se torne realidade.

  

Mais detalhes na publicação de acesso livre:
Quantum advantage for probabilistic one-time programs, Marie-Christine Röhsner, Joshua Kettlewell, Tiago Batalhão, Joseph Fitzsimons, and Philip Walther
Nature Communications 9, 5225 (2018)

Assessoria de comunicação e imprensa